KR20200055602A - Sensor pixel, fingerprint and image sensor, and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 광학식 센서 화소, 이를 포함하는 지문 및 이미지 센서 및 그 구동 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to an optical sensor pixel, a fingerprint and image sensor including the same, and a driving method thereof.
광학식 지문 및 이미지센서는 센서에 수신되는 광량에 기초하여 대상을 인식하기 때문에 센서가 위치한 장소의 광량에 영향을 받는다. 광량이 많은 환경에서 지문 및 이미지 센서가 동작할 경우, 주변 광의 영향으로 정확하게 대상을 인식하기 어려운 문제점이 있다.Since the optical fingerprint and image sensor recognizes an object based on the amount of light received by the sensor, it is affected by the amount of light in the place where the sensor is located. When the fingerprint and image sensor operate in an environment with a large amount of light, there is a problem that it is difficult to accurately recognize an object due to the influence of ambient light.
이런 문제를 해결하기 위해서, 화소 내의 셔터(shutter)를 이용하여 광량이 많을 경우 전기적으로 신호를 차단 시키는 회로들(global shutter, rolling shutter 등)이 개발되었다. 그러나, 셔터를 이용한 차단 회로들에 의해 이미지 왜곡이 발생하고, 지문 및 이미지센서의 구동속도가 제한되는 문제점이 있다. In order to solve this problem, circuits (global shutter, rolling shutter, etc.) that electrically block a signal when there is a large amount of light using a shutter in a pixel have been developed. However, there is a problem in that image distortion is caused by blocking circuits using a shutter, and the driving speed of the fingerprint and the image sensor is limited.
주변 환경의 광량에 의한 영향으로 지문 및 이미지를 인식하지 못하는 문제점을 해결하고, 구동 속도의 제한 없는 센서 화소, 이를 포함하는 지문 및 이미지 센서 및 그 구동 방법을 제공하고자 한다. It is intended to solve the problem of not recognizing fingerprints and images due to the influence of the amount of light in the surrounding environment, and to provide a sensor pixel having an unlimited driving speed, a fingerprint and image sensor including the same, and a driving method thereof.
발명의 한 특징에 따른 지문 및 이미지 센서는, 복수의 데이터 라인, 복수의 스캔 신호가 전달되는 복수의 스캔 라인, 복수의 리셋 스캔 신호가 전달되는 복수의 리셋 스캔 라인, 및 대응하는 리셋 스캔 신호에 동기되어 전달되는 리셋전압에 의해 리셋되고, 노광 기간 동안 공급되는 빛에 따라 화소전압을 생성하며, 대응하는 스캔 신호에 동기되어 대응하는 데이터 라인으로 상기 화소전압을 전달하는 센서 화소를 복수 개 포함하는 센서패널을 포함한다. 상기 노광 기간은 상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간일 수 있다.Fingerprint and image sensor according to one aspect of the invention, a plurality of data lines, a plurality of scan lines through which a plurality of scan signals are transmitted, a plurality of reset scan lines through which a plurality of reset scan signals are transmitted, and a corresponding reset scan signal It is reset by a reset voltage transmitted in synchronization, and generates a pixel voltage according to the light supplied during the exposure period, and includes a plurality of sensor pixels transmitting the pixel voltage to a corresponding data line in synchronization with a corresponding scan signal. It includes a sensor panel. The exposure period may be a period from a time when the corresponding reset scan signal is changed to an off level to a time when the corresponding scan signal is changed to an on level.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 상기 대응하는 스캔 신호와 동일한 파형으로 소정의 위상차를 가질 수 있다.The corresponding reset scan signal may have a predetermined phase difference in the same waveform as the corresponding scan signal.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 한 프레임의 기간 중 적어도 2회 온 레벨을 가지고, 상기 노광 기간은 상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 상기 적어도 2회 중 하나의 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간일 수 있다.The corresponding reset scan signal has an on level at least twice in one frame period, and the exposure period corresponds to the corresponding reset scan signal from a point in time when the corresponding reset scan signal is changed from one on level to an off level. It may be a period until the time when the scan signal is changed to the on level.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는, 상기 한 프레임 기간 동안, 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경된 시점 이후에 주기적으로 온 레벨을 가질 수 있다.The corresponding reset scan signal may have an on level periodically after a point in time during which the corresponding scan signal is changed from an on level to an off level during the one frame period.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 한 프레임 기간 중 소정 기간 동안 오프 레벨이고, 상기 노광 기간은 상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간일 수 있다.The corresponding reset scan signal is off level for a predetermined period of one frame period, and in the exposure period, the corresponding scan signal is changed to an on level from a time when the corresponding reset scan signal is changed from an on level to an off level. It can be a period up to the point in time.
발명의 다른 특징에 따른 센서 화소는, 공급되는 빛에 따라 화소전압을 생성하고, 제1 접점과 바이어스 전압 사이에 연결되어 있는 포토다이오드, 상기 포토다이오드에 병렬 연결되어 있는 용량 커패시터, 리셋 전압을 리셋 스캔 신호에 따라 제1 접점에 공급하는 리셋 트랜지스터, 및 스캔 신호에 따라 데이터 라인에 상기 제1 접점의 전압인 화소전압을 전달하는 스위칭 트랜지스터를 포함한다. 상기 리셋 스캔 신호가 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 노광 기간 동안 상기 용량 커패시터에 신호가 축적될 수 있다.The sensor pixel according to another aspect of the invention generates a pixel voltage according to the supplied light, resets a photodiode connected between a first contact and a bias voltage, a capacitive capacitor connected in parallel to the photodiode, and a reset voltage And a reset transistor that supplies the first contact according to the scan signal, and a switching transistor that delivers the pixel voltage, which is the voltage of the first contact, to the data line according to the scan signal. Signals may be accumulated in the capacitor during an exposure period from a time when the reset scan signal is changed to an off level to a time when the scan signal is changed to an on level.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 상기 대응하는 스캔 신호와 동일한 파형으로 소정의 위상차를 가질 수 있다.The corresponding reset scan signal may have a predetermined phase difference in the same waveform as the corresponding scan signal.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 한 프레임의 기간 중 적어도 2회 온 레벨을 가지고, 상기 노광 기간은 상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 상기 적어도 2회 중 하나의 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간일 수 있다.The corresponding reset scan signal has an on level at least twice in one frame period, and the exposure period corresponds to the corresponding reset scan signal from a point in time when the corresponding reset scan signal is changed from one on level to an off level. It may be a period until the time when the scan signal is changed to the on level.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는, 상기 한 프레임 기간 동안, 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경된 시점 이후에 주기적으로 온 레벨을 가질 수 있다.The corresponding reset scan signal may have an on level periodically after a point in time during which the corresponding scan signal is changed from an on level to an off level during the one frame period.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 한 프레임 기간 중 소정 기간 동안 오프 레벨이고, 상기 노광 기간은 상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간일 수 있다.The corresponding reset scan signal is off level for a predetermined period of one frame period, and in the exposure period, the corresponding scan signal is changed to an on level from a time when the corresponding reset scan signal is changed from an on level to an off level. It can be a period up to the point in time.
발명의 또 다른 특징에 따른 복수의 센서 화소를 포함하는 지문 및 이미지 센서의 구동 방법은, 상기 복수의 센서 화소 각각에 복수의 리셋 스캔 신호를 전달하는 단계, 상기 복수의 센서 화소 각각에 복수의 스캔 신호를 전달하는 단계, 상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각이 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 복수의 스캔 신호 각각이 온 레벨로 변경되는 시점까지의 노광 기간 동안, 상기 복수의 센서 화소가 공급되는 빛에 따라 복수의 화소전압을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 스캔 신호 각각의 온 레벨에 동기되어 상기 복수의 화소전압을 복수의 데이터 라인으로 전달하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, a method of driving a fingerprint and image sensor including a plurality of sensor pixels includes transmitting a plurality of reset scan signals to each of the plurality of sensor pixels, and scanning a plurality of each of the plurality of sensor pixels. During the exposure period from the time of transmitting a signal and the time when each of the plurality of reset scan signals is changed to an off level to a time when each of the plurality of scan signals is changed to an on level, light is supplied to the plurality of sensor pixels. Accordingly, the method includes generating a plurality of pixel voltages, and transferring the plurality of pixel voltages to a plurality of data lines in synchronization with on-levels of each of the plurality of scan signals.
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은, 상기 복수의 스캔 신호 중 대응하는 스캔 신호와 동일한 파형으로 소정의 위상차를 가질 수 있다.Each of the plurality of reset scan signals may have a predetermined phase difference in the same waveform as a corresponding scan signal among the plurality of scan signals.
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은, 한 프레임의 기간 중 적어도 2회 온 레벨을 가지고, 상기 노광 기간은 상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각이 상기 적어도 2회 중 하나의 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간일 수 있다.Each of the plurality of reset scan signals has an on level at least twice during one frame period, and the exposure period is a time point at which each of the plurality of reset scan signals changes from one on level to at least two off levels. It may be a period from to the time point when the scan signal is changed to the on level.
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은, 상기 한 프레임 기간 동안, 상기 복수의 스캔 신호 중 대응하는 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경된 시점 이후에 주기적으로 온 레벨을 가질 수 있다.Each of the plurality of reset scan signals may have an on level periodically after a point in time during which the corresponding scan signal among the plurality of scan signals is changed from an on level to an off level during the one frame period.
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은 한 프레임 기간 중 소정 기간 동안 오프 레벨이고, 상기 노광 기간은 상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각이 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간일 수 있다. Each of the plurality of reset scan signals is off level for a predetermined period of one frame period, and in the exposure period, the scan signal is changed to an on level from the time each of the plurality of reset scan signals is changed from an on level to an off level. It can be a period up to the point in time.
노광 시간을 조절할 수 있는 센서 화소, 이를 포함하는 지문 및 이미지 센서 및 그 구동 방법을 제공한다. Provided is a sensor pixel capable of adjusting exposure time, a fingerprint and image sensor including the same, and a driving method thereof.
도 1은 실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 복수의 센서 화소, 다중화회로, 및 증폭 회로의 일부를나타낸 도면이다.
도 3은 스캔 신호를 나타낸 파형도이다.
도 4는 스위칭 신호 및 리셋 신호를 나타낸 파형도이다.
도 5는 광량에 따른 리셋 전압의 변화에 따른 화소전압을 나타낸 파형도이다.
도 6은 실시 예에 따라 리셋 전압을 변화에 따른 지문 및 이미지 센서의 조명도-계조값의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 리셋 스캔 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 리셋 스캔 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 리셋 스캔 신호의 파형을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a fingerprint and an image sensor according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating a part of a plurality of sensor pixels, a multiplexing circuit, and an amplifying circuit according to an embodiment.
3 is a waveform diagram showing a scan signal.
4 is a waveform diagram showing a switching signal and a reset signal.
5 is a waveform diagram showing a pixel voltage according to a change in a reset voltage according to the amount of light.
6 is a graph showing the relationship between the luminance and gradation values of a fingerprint and an image sensor according to a change in reset voltage according to an embodiment.
7 is a diagram illustrating a waveform of a reset scan signal according to another embodiment.
8 is a diagram illustrating a waveform of a reset scan signal according to another embodiment.
9 is a view showing a waveform of a reset scan signal according to another embodiment.
실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서는 빛의 변화에 따른 환경 적응을 수행하여, 주변 환경의 광량에 의한 영향 없이 사용할 수 있다. 이를 위해서, 빛의 세기에 따라 지문 및 이미지 센서의 동작 영역이 조절될 수 있다. 지문 및 이미지 센서에는 광량에 따라 센서의 동작영역을 변화 시키는 화소 리셋 전압이 적용될 수 있다. 구체적으로, 광량에 따라 화소 리셋 전압을 변화시켜, 감지된 광량에 대응하는 화소전압의 범위를 조정하고, 신호처리를 위한 기준전압과 화소전압 간의 전압 차가 조정되어 지문 및 이미지센서의 동작 영역이 시프트 된다.The fingerprint and image sensor according to the embodiment can be used without being influenced by the amount of light in the surrounding environment by adapting to the environment according to changes in light. To this end, the operating areas of the fingerprint and image sensor may be adjusted according to the light intensity. A pixel reset voltage that changes the operating area of the sensor according to the amount of light may be applied to the fingerprint and image sensors. Specifically, the pixel reset voltage is changed according to the amount of light to adjust the range of the pixel voltage corresponding to the detected amount of light, and the voltage difference between the reference voltage and the pixel voltage for signal processing is adjusted to shift the operating area of the fingerprint and image sensor do.
이하, 도면을 참조하여 실시 예에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a fingerprint and an image sensor according to an embodiment.
도 1에 도시된 바와 같이, 센서(1)는 센서패널(10), 게이트구동 회로(20), 센싱 판독 회로(30), 리셋전압 생성회로(40), 광감지회로(50), 바이어스 전압 생성회로(60), 및 광원(70)을 포함한다. As shown in FIG. 1, the
센서패널(10)에는 복수의 게이트라인(S1-S11), 복수의 리셋 게이트 라인(SR1-SR11), 복수의 데이터 라인(D1-D16), 및 리셋 전압 라인(RE, RE1-RE16)이 위치한다. 도 1에 도시되어 있지 않으나, 바이어스 전압(VB)이 공급되는 라인도 센서패널(10)에 위치할 수 있다. 도 1에서는 센서패널(10)이 16X11 사이즈인 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예시로 발명이 이에 한정되지 않는다. The
복수의 게이트 라인(S1-S11)은 제1 방향(도 1에서 수평 방향)으로 연장되어 있고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도 1에서 수직 방향)을 따라 배열되어 있다. 복수의 게이트라인(S1-S11)을 통해 복수의 센서 화소 행 각각에 대응하는 스캔 신호가 전달된다. The plurality of gate lines S1-S11 extend in a first direction (horizontal direction in FIG. 1) and are arranged along a second direction (vertical direction in FIG. 1) intersecting the first direction. A scan signal corresponding to each of the plurality of sensor pixel rows is transmitted through the plurality of gate lines S1-S11.
복수의 리셋 게이트 라인(SR1-SR11)은 제1 방향(도 1에서 수평 방향)으로 연장되어 있고, 제2 방향을 따라 배열되어 있으며, 대응하는 게이트라인과 나란하게 위치한다. 복수의 리셋 게이트라인(SR1-SR11)을 통해 복수의 센서 화소 행 각각에 대응하는 리셋 스캔 신호가 전달된다. The plurality of reset gate lines SR1-SR11 extend in the first direction (horizontal direction in FIG. 1), are arranged along the second direction, and are positioned parallel to the corresponding gate line. A reset scan signal corresponding to each of the plurality of sensor pixel rows is transmitted through the plurality of reset gate lines SR1-SR11.
복수이 데이터 라인(D1-D16)은 제2 방향으로 연장되어 있고, 제1 방향을 따라 배열되어 있다. 복수의 데이터 라인(D1-D16)을 통해 복수의 센서 화소 각각의 화소전압이 센싱 판독 회로(30)에 전달된다.The plurality of data lines D1-D16 extend in the second direction and are arranged in the first direction. The pixel voltage of each of the plurality of sensor pixels is transmitted to the sensing
복수의 센서 화소(PX) 각각은 대응하는 게이트 라인, 리셋 게이트 라인, 및 데이터라인에 연결되어 있고, 대응하는 리셋 게이트 라인을 통해 전달되는 리셋 스캔 신호에 동기되어 화소전압이 리셋되고, 대응하는 게이트 라인을 통해 전달되는 스캔 신호에 동기되어 대응하는 데이터 라인으로 화소전압이 전달될 수 있다. Each of the plurality of sensor pixels PX is connected to a corresponding gate line, a reset gate line, and a data line, the pixel voltage is reset in synchronization with a reset scan signal transmitted through the corresponding reset gate line, and the corresponding gate The pixel voltage may be transferred to the corresponding data line in synchronization with the scan signal transmitted through the line.
센서패널(10)에는 제1 방향으로 연장된 리셋 전압 라인(RE) 및 리셋 전압 라인(RE)으로부터 제2 방향으로 연장되고 복수의 센서 화소 열에 대응하는 리셋 전압 라인(RE1-RE16)이 위치할 수 있다. 도 1에 도시된 리셋 전압 라인(RE, RE1-RE16)는 일 예시로, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. A reset voltage line RE1 extending in a first direction and reset voltage lines RE1-RE16 extending in a second direction from the reset voltage line RE and corresponding to a plurality of sensor pixel columns may be located on the
게이트 구동 회로(20)는 복수의 스캔 신호를 순차적으로 생성하여 복수의 게이트 라인(S1-S11)에 공급하고, 복수의 리셋 스캔 신호를 생성하여 복수의 리셋 게이트라인(SR1-SR11)에 공급할 수 있다. The
한 실시 예에서는, 센서패널(10)에 모든 센서 화소(PX)가 온 레벨의 리셋 스캔 신호에 동기되어 리셋 전압(VRS)으로 리셋되고, 복수의 센서 화소 행에 순차적으로 온 레벨의 복수의 스캔 신호가 공급될 수 있다. In one embodiment, all of the sensor pixels PX on the
센싱 판독 회로(30)는 복수의 데이터 라인(D1-D16)으로부터 공급되는 복수의 화소전압 각각과 기준 전압 간의 전압 차를 증폭하여 복수의 출력 전압을 생성하고, 복수의 출력 전압에 따라 센싱된 지문 또는 이미지를 영상 신호로 생성할 수 있다. The
센싱 판독 회로(30)는 다중화회로(31), 증폭 회로(32), 및 신호 처리 회로(33)를 포함한다. The sensing read
다중화 회로(31)는 복수의 데이터 라인(D1-D16)을 통해 공급되는 복수의 화소전압을 4:1 비율로 다중화하여 복수의 데이터전압(VD1-VD4)을 생성할 수 있다. 실시 예에서는 다중화 회로(31)가 4:1 MUX로 구현되었으나, 일 예시로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다중화 회로(31)는 복수의 데이터 라인(D1-D16) 각각에 일단이 연결되어 있는 복수의 스위치를 포함한다. 복수의 스위치는 4개 단위로 그룹핑되어 하나의 채널을 형성할 수 있다. 도 1에서는 복수의 데이터 라인의 개수가 16개이므로, 4:1 MUX를 통해 4 개의 채널이 형성된다. 4개의 채널 각각을 통해 데이터 전압(VD1-VD4)이 증폭 회로(32)로 전달된다. The multiplexing
증폭 회로(32)는 데이터 전압(VD1-VD4) 각각과 기준 전압 간의 전압 차를 증폭하여 출력 전압(VO1-VO4)을 생성하여 신호 처리 회로(33)에 전달한다. The amplifying
신호 처리 회로(33)는 출력 전압(VO1-VO4)과 출력 전압(VO1-VO4) 각각에 대응하는 어드레스에 기초하여 센싱된 지문 또는 이미지를 나타내는 영상 신호를 생성할수 있다. The
신호 처리 회로(33)는 다중화회로(31)의 스위치들을 제어하는 스위칭 신호(MS1-MS4)를 생성하고, 증폭 회로(32)의 출력을 리셋하는 리셋 신호(AS1-AS4)를 생성할 수 있다. 신호 처리 회로(33)는 복수의 스캔 신호 각각이 온 레벨이 되는 시점에 동기되어 온 레벨의 스캔 신호가 전달되는 센서 화소 행의 위치를 알 수 있고, 다중화회로(31)의 스위칭 동작을 제어하므로 각 채널을 통해 입력되는 센서 화소 열의 위치를 알 수 있다. 따라서 증폭 회로(32)로부터 공급되는 출력 전압(VO1-VO4)에 대응하는 센서 화소의 어드레스를 알 수 있다. The
광학식 지문 인식의 경우, 신호 처리 회로(33)는 출력 전압(VO1-VO4)과 출력 전압(VO1-VO4) 각각에 대응하는 어드레스에 기초하여 센싱된 지문 또는 이미지를 나타내는 영상 신호를 생성할 수 있다. In the case of optical fingerprint recognition, the
광감지 회로(50)는 지문 및 이미지 센서(1)가 위치한 환경의 광량을 감지하여 광량에 대한 정보를 지시하는 광 감지 신호(LS)를 리셋 전압 생성회로(40)로 전송한다. The
리셋 전압 생성회로(40)는 광 감지 신호(LS)에 기초하여 리셋 전압(VRS)의 레벨을 결정하고, 리셋 전압(VRS)을 생성하여 리셋 전압 라인(RE)에 공급한다. 예를 들어, 리셋 전압 생성회로(40)는 광량이 증가할수록 리셋 전압(VRS)을 증가시키고, 광량이 감소할수록 리셋 전압(VRS)을 감소시킬 수 있다. 다만, 이 경우, 리셋 전압(VRS)은 기준 전압까지 감소할 수 있다. The reset
바이어스 전압 생성회로(60)는 바이어스 전압(VB)을 생성하여 센서패널(10)에 공급하고, 바이어스 전압 라인을 통해 복수의 센서 화소(PX) 각각에 바이어스 전압(VB)이 공급된다.The bias voltage generation circuit 60 generates a bias voltage VB and supplies it to the
광원(70)은 광학식 지문 및 이미지 센싱을 위해 필요한 광을 제공한다. 광원(70)은 센서패널(10)의 후면에 위치하여 전면으로 광을 제공할 수 있다.The
도 2는 실시 예에 따른 복수의 센서 화소, 다중화회로, 및 증폭 회로의 일부를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a part of a plurality of sensor pixels, a multiplexing circuit, and an amplifying circuit according to an embodiment.
도 2에서는 첫 번째 센서 화소 행의 4개의 센서 화소(PX1-PX4), 다중화 회로(31)에서 4 개의 데이터 라인(D1-D4)에 연결된4 개의 스위치(M1-M4), 및 증폭 회로(32)에서 4개의 데이터 라인(D1-D4)에 대응하는 채널에 연결된 하나의 연산증폭기(321)가 도시되어 있다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 도 2에 도시된 일부 구성에 기초하여 전체 구성을 알 수 있다.In FIG. 2, four sensor pixels PX1-PX4 of the first sensor pixel row, four switches M1-M4 connected to four data lines D1-D4 in the
센서 화소(PX1-PX4) 각각은 대응하는 데이터라인(D1-D4 중 하나), 대응하는 리셋 전압 라인(RE1-RE4 중 하나), 대응하는 바이어스 전압 라인(VB1-VB4 중 하나), 게이트 라인(S1), 및 리셋 게이트 라인(SR1)에 연결되어 있다.Each of the sensor pixels PX1-PX4 has a corresponding data line (one of D1-D4), a corresponding reset voltage line (one of RE1-RE4), a corresponding bias voltage line (one of VB1-VB4), and a gate line ( S1), and the reset gate line SR1.
센서 화소(PX1-PX4) 각각은 스캔 신호(S[1])에 의해 스위칭되는 스위칭 트랜지스터(T2, T4, T6, T8), 리셋 스캔 신호(SR)에 의해 스위칭되는 리셋 트랜지스터(T1, T3, T5, T7), 포토다이오드(PD1-PD4), 및 커패시터(C1-C4)를 포함한다. 센서 화소(PX1-PX4) 각각에서 스위칭 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 포토 다이오드, 및 커패시터 간의 연결 관계는 동일한 바, 센서 화소(PX1)에 대해서만 설명한다.Each of the sensor pixels PX1-PX4 is a switching transistor T2, T4, T6, T8 switched by the scan signal S [1], and a reset transistor T1, T3, switched by the reset scan signal SR. T5, T7), photodiodes PD1-PD4, and capacitors C1-C4. Since the connection relationship between the switching transistor, the reset transistor, the photodiode, and the capacitor in each of the sensor pixels PX1-PX4 is the same, only the sensor pixel PX1 will be described.
리셋 트랜지스터(T1)는 리셋 게이트라인(SR1)에 연결되어 있는 게이트전극, 리셋 전압 라인(RE1)에 연결되어 있는 일전극, 및 접점(NP)에 연결되어 있는 타전극을 포함한다. 스위칭 트랜지스터(T2)는 게이트 라인(S1)에 연결되어 있는 게이트 전극, 데이터 라인(D1)에 연결되어 있는 일전극, 및 접점(NP)에 연결되어 있는 타전극을 포함한다. 포토다이오드(PD1)는 바이어스 전압 라인(VB1)에 연결되어 있는 애노드 전극 및 접점(NP)에 연결되어 있는 캐소드 전극을 포함한다. 커패시터(C1)는 바이어스 전압 라인(VB1)에 연결되어 있는 일전극 및 접점(NP)에 연결되어 있는 타전극을 포함한다. 이하, 접점(NP)의 전압을 화소전압(VPX)이라 한다.The reset transistor T1 includes a gate electrode connected to the reset gate line SR1, one electrode connected to the reset voltage line RE1, and another electrode connected to the contact NP. The switching transistor T2 includes a gate electrode connected to the gate line S1, one electrode connected to the data line D1, and another electrode connected to the contact NP. The photodiode PD1 includes an anode electrode connected to the bias voltage line VB1 and a cathode electrode connected to the contact NP. The capacitor C1 includes one electrode connected to the bias voltage line VB1 and the other electrode connected to the contact NP. Hereinafter, the voltage of the contact NP is referred to as a pixel voltage VPX.
데이터 라인(D1-D4) 각각과 인접한 다른 전극(도시하지 않음) 간의 커패시턴스가 형성되고, 해당 커패시턴스는 도 2에서 데이터라인 커패시터(DCP1-DCP4)로 도시되어 있다. 전기적으로 데이터 라인(D1-D4) 각각에 데이터 라인 커패시터(DCP1-DCP4)가 연결되어 있다.A capacitance is formed between each of the data lines D1-D4 and another adjacent electrode (not shown), and the capacitance is illustrated in FIG. 2 as the data line capacitors DCP1-DCP4. The data line capacitor DCP1-DCP4 is electrically connected to the data lines D1-D4.
다중화 회로(31)에서, 스위치(M1)는 데이터 라인(D1)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS1)가 공급되는 게이트전극을 포함하고, 스위치(M2)는 데이터 라인(D2)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS2)가 공급되는 게이트 전극을 포함하며, 스위치(M3)는 데이터 라인(D3)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS3)가 공급되는 게이트 전극을 포함하고, 스위치(M4)는 데이터 라인(D4)에 연결되어 있는 일전극, 채널(CH1)에 연결되어 있는 타전극, 및 스위칭 신호(MS4)가 공급되는 게이트 전극을 포함한다. In the
증폭 회로(32)에서, 연산 증폭기(321)는 기준 전압(VRE)이 입력되는 비반전 단자(+), 채널(CH1)을 통해 데이터 전압(VD1)이 입력되는 반전 단자(-), 및 출력 전압(VO1)이 출력되는 출력 단자를 포함한다. 연산 증폭기(321)의 반전 단자(-)와 출력 단자 사이에는 피드백 커패시터(CA1)가 연결되어 있고, 리셋 스위치(SW1)가 피드백 커패시터(CA1)에 병렬 연결되어 있다. 리셋 스위치(SW1)는 리셋 신호(AS1)에 의해 스위칭 동작할 수 있다. In the amplifying
연산 증폭기(321)의 리셋 스위치(SW1)가 온 될 때, 스위치(M1, M2, M3, M4) 와 연산 증폭기(321)사이의 채널(CH1)과 연산 증폭기(321)의 출력값은 기준 전압(VRE)으로 리셋된다. 리셋 이후 채널(CH1)에, 스위치(M1)의 온 기간 동안, 센서 화소(PX1)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분된다. 그러면, 출력 전압(VO1)은 커패시터(CA1)에 적분 결과에 기초한 전압으로 생성된다. 이 때, 커패시터(CA1)의 용량과 출력 전압(VO1)은 반비례 관계이다. 따라서 센서 화소(PX1)로부터 채널(CH1)로 유입되는 전하량이 동일하더라도, 커패시터(CA1)의 용량이 클수록 출력 전압(VO1)은 감소하고, 커패시터(CA1)의 용량이 작을수록 출력 전압(VO1)은 증가한다. When the reset switch SW1 of the
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 실시 예에 따른 지문 및 이미지 센서의 동작을 설명한다. Hereinafter, the operation of the fingerprint and image sensor according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
도 3은 스캔 신호를 나타낸 파형도이다. 도 4는 스위칭 신호 및 리셋 신호를 나타낸 파형도이다.3 is a waveform diagram showing a scan signal. 4 is a waveform diagram showing a switching signal and a reset signal.
복수의 리셋 스캔 신호(SR1-SRn)는 대응하는 스캔 신호의 온 레벨 이전에 온 레벨에서 오프 레벨로 변경될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다. 복수의 리셋 스캔 신호(SR[1]-SR[11])가 온 레벨인 하이 레벨이 되면, 모든 센서 화소(PX)의 리셋 트랜지스터가 턴 온 된다. 그러면, 모든 센서 화소(PX)의 화소전압(VPX)은 리셋 전압이 된다. The plurality of reset scan signals SR1-SRn may be changed from an on level to an off level before the on level of the corresponding scan signal. Detailed description thereof will be described later. When the plurality of reset scan signals SR [1] -SR [11] are at a high level, which is an on level, reset transistors of all sensor pixels PX are turned on. Then, the pixel voltage VPX of all sensor pixels PX becomes a reset voltage.
다음으로, 게이트 라인(S1)부터 게이트 라인(S11)까지 순차적으로 온 레벨의 스캔 신호(S[1]-S[11])가 공급된다. 예를 들어, 스캔 신호(S[1])는 시점 T1부터 기간 P1 동안 온 레벨인 하이 레벨이 되고, 다음으로 스캔 신호(S[2])는 시점 T2부터 기간 P2 동안 온 레벨인 하이 레벨이 되며, 스캔 신호(S[11])가 시점 T3부터 기간 P3 동안 온 레벨인 하이 레벨이 된다. 스캔 신호(S[1])-S[11]) 각각의 온 레벨 기간은 동일할 수 있다. Next, scan signals S [1] -S [11] having an on level are sequentially supplied from the gate line S1 to the gate line S11. For example, the scan signal S [1] becomes a high level that is on level for a period P1 from time T1, and then the scan signal S [2] is a high level that is on level for a period P2 from a time T2. The scan signal S [11] becomes a high level, which is an on level from the time point T3 to a period P3. The on-level periods of each of the scan signals S [1] -S [11]) may be the same.
리셋 스캔 신호가 오프 레벨이 된 후, 광원(70)으로부터 공급되는 빛이 인식 대상에 반사되어 센서 화소(PX)에 의해 인식될 수 있다. 예를 들어, 지문을 인식할 때, 지문의 릿지(ridge)의 경우, 센서패널(1)에 지문의 릿지가 밀착되어 광원(70)으로부터 센서 화소(PX)로 반사되는 광량이 많고, 지문의 밸리(valley)의 경우, 지문의 밸리와 센서패널(1) 사이의 공간에 의해 광원(70)으로부터 센서 화소(PX)로 반사되는 광량이 상대적으로 적다.After the reset scan signal is turned off, the light supplied from the
센서 화소(PX) 각각에 입사된 광량에 따라 포토다이오드(도 2의 PD1-PD4)에 전류가 흐른다. 이 때, 포토다이오드에 흐르는 전류의 방향은 캐소드에서 애노드 방향이고, 커패시터(도 2의 C1-C4)의 전하가 포토다이오드에 흐르는 전류에 의해 방전된다. 그러면, 센서 화소(PX) 각각에 입사되는 광량에 따라 커패시터의 방전 정도가 달라져, 화소전압(VPX)이 광량에 따라 결정된다. 예를 들어, 광량이 증가할 수록 화소전압(VPX)이 낮아질 수 있다. A current flows through the photodiode (PD1-PD4 in FIG. 2) according to the amount of light incident on each of the sensor pixels PX. At this time, the direction of the current flowing through the photodiode is from the cathode to the anode, and the charge of the capacitor (C1-C4 in FIG. 2) is discharged by the current flowing through the photodiode. Then, the discharge level of the capacitor is changed according to the amount of light incident on each of the sensor pixels PX, and the pixel voltage VPX is determined according to the amount of light. For example, as the amount of light increases, the pixel voltage VPX may decrease.
스캔 신호(S[1]-S[11]) 각각의 온 레벨 기간 동안 데이터 라인(D1-D16)을 통해 다중화 회로(31)로 화소전압(도 2의 VPX1-VPX4)이 전달되고, 다중화 회로(31)가 대응하는 데이터 라인들로부터 전달되는 화소전압들을 다중화하여 데이터 전압(VD1-VD4)으로 출력한다. 이 때, 데이터 라인 커패시터(도 2의 DCP1-DCP4)는 데이터 라인을 통해 전달되는 화소전압을 유지할 수 있다. During the on-level period of each of the scan signals S [1] -S [11], the pixel voltage (VPX1-VPX4 in FIG. 2) is transmitted to the
도 4에 도시된 바와 같이, 스캔 신호(S[1])의 온 레벨 기간 P1 동안, 스위칭 신호(MS1-MS4)가 순차적으로 온 레벨인 하이 레벨이 될 수 있다.As shown in FIG. 4, during the on-level period P1 of the scan signal S [1], the switching signals MS1-MS4 may be sequentially turned on, a high level.
먼저, 기간 T9-T10에서 기간 P4 동안 리셋 신호(AS1)가 온 레벨인 하이 레벨이 되고 리셋 스위치(SW1)가 턴 온 되어, 출력 전압(VO1)이 기준 전압(VRE)으로 리셋될 수 있다. First, in periods T9-T10, during period P4, the reset signal AS1 becomes a high level that is an on level and the reset switch SW1 is turned on, so that the output voltage VO1 may be reset to the reference voltage VRE.
기간 T11-T12 동안, 스위칭 신호(MS1)가 하이 레벨이 되어 스위치(M1)가 턴 온 되고, 데이터 라인(D1)을 통해 센서 화소(PX1)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 기간T13-T14 동안, 스위칭 신호(MS2)가 하이 레벨이 되어 스위치(M2)가 턴 온 되고, 데이터 라인(D2)을 통해 센서 화소(PX2)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 기간T15-T16 동안, 스위칭 신호(MS3)가 하이 레벨이 되어 스위치(M3)가 턴 온 되고, 데이터라인(D3)을 통해 센서 화소(PX3)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 기간T17-T18 동안, 스위칭 신호(MS4)가 하이 레벨이 되어 스위치(M4)가 턴 온 되고, 데이터 라인(D4)을 통해 센서 화소(PX4)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. During periods T11-T12, the switching signal MS1 is at a high level so that the switch M1 is turned on, current flows from the sensor pixel PX1 through the data line D1, and the flowed current is an operational amplifier ( Integrated by capacitor CA1 of 321, output voltage VO1 is generated. During periods T13-T14, the switching signal MS2 is at a high level, the switch M2 is turned on, current flows from the sensor pixel PX2 through the data line D2, and the flowed current is an operational amplifier ( Integrated by capacitor CA1 of 321, output voltage VO1 is generated. During periods T15-T16, the switching signal MS3 is at a high level so that the switch M3 is turned on, current flows from the sensor pixel PX3 through the data line D3, and the flowed current is an operational amplifier ( Integrated by capacitor CA1 of 321, output voltage VO1 is generated. During periods T17-T18, the switching signal MS4 is at a high level and the switch M4 is turned on, current flows from the sensor pixel PX4 through the data line D4, and the flowed current is the operational amplifier ( Integrated by capacitor CA1 of 321, output voltage VO1 is generated.
기간 T12-T13, 기간 T14-T15, 및 기간 T16-T17 각각에서, 기간 P4 동안 리셋 신호(AS1)가 온 레벨인 하이 레벨이 되고 리셋 스위치(SW1)가 턴 온 되어, 출력 전압(VO1)이 기준 전압(VRE)으로 리셋될 수 있다. 리셋 신호(AS1)의 온 레벨 기간은 기간 P4 로 일정할 수 있다. In periods T12-T13, periods T14-T15, and periods T16-T17, respectively, during period P4, the reset signal AS1 becomes the high level, which is the on level, and the reset switch SW1 is turned on, so that the output voltage VO1 is turned on. It may be reset to the reference voltage VRE. The on-level period of the reset signal AS1 may be constant as the period P4.
도 5는 광량에 따른 리셋 전압의 변화에 따른 화소전압을 나타낸 파형도이다.5 is a waveform diagram showing a pixel voltage according to a change in a reset voltage according to the amount of light.
도 5에서는 센서 화소(PX1)의 화소 전압(VPX1)이 도시되어 있다. 다른 화소 회로의 화소 전압 역시 동일한 파형을 가질 수 있으므로, 그 설명은 생략한다. In FIG. 5, the pixel voltage VPX1 of the sensor pixel PX1 is illustrated. Since pixel voltages of other pixel circuits may also have the same waveform, a description thereof is omitted.
도 5에 도시된 바와 같이, 리셋 전압 생성회로(40)는 광감지 신호(LS)에 기초하여 리셋 전압(VRS)을 설정할 수 있다. As shown in FIG. 5, the reset
예를 들어, 광감지 신호(LS)가 소정의 임계 광량치 이하를 지시할 경우, 리셋 전압 생성회로(40)는 리셋 전압(VRS)을 기준전압(VRE)으로 설정할 수 있다.For example, when the light detection signal LS indicates a predetermined threshold light level or less, the reset
그러면, 시점 T31 이전에 리셋 전압(VRS)으로 화소전압(예를 들어, VPX1)이 유지되고, 시점 T31 이후에 광원(70)으로부터 빛이 공급되면, 포토다이오드(PD1)에 흐르는 전류에 의해 화소전압(VPX1)이 결정될 수 있다. 센서 화소(예를 들어, PX1)로 반사되는 광량이 증가할수록 화소전압(VPX1)은 감소한다.Then, the pixel voltage (for example, VPX1) is maintained as the reset voltage VRS before the time point T31, and when light is supplied from the
스위칭 트랜지스터(T2)가 및 스위치(M1)가 시점 T31 이후에 턴 온 되면, 센서 화소(PX1)로부터 전류가 유입되고, 유입된 전류는 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성된다. 데이터전압(VD1)이 기준 전압(VRE) 보다 클 때, 출력 전압(VO1)은 연산 증폭기(321)의 전원 전압으로 포화되어, 데이터 전압(VD1)에 따른 출력 전압(VO1)은 생성되지 않는다. 따라서 데이터 전압(VD1)이 기준 전압(VRE)까지 감소한 시점 T31 이후부터 출력 전압(VO1)이 생성될 수 있다.When the switching transistor T2 and the switch M1 are turned on after the time point T31, current flows from the sensor pixel PX1, and the flowed current is integrated by the capacitor CA1 of the
다른 예로, 광감지 신호(LS)가 소정의 임계 광량치 이상의 임의의 제1 레벨을 지시할 경우, 리셋 전압 생성회로(40)는 리셋 전압(VRS)을 기준전압(VRE) 보다 높은 리셋 전압(VRS1)으로 설정할 수 있다.As another example, when the light detection signal LS indicates an arbitrary first level above a predetermined threshold amount of light, the reset
그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 시점 T31 이전에 리셋 전압(VRS1)으로 화소전압(VPX1)이 유지되고, 시점 T31 이후에 광원(70)으로부터 빛이 공급되면, 포토다이오드(PD1)에 흐르는 전류에 의해 화소전압(VPX1)이 결정될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(T2)가 및 스위치(M1)가 시점 T31 이후에 턴 온 되고, 데이터 전압(VD1)이 기준 전압(VRE)까지 감소한 시점 T32 이후부터 센서 화소(PX1)로부터 유입된 전류가 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성될 수 있다.Then, as shown in FIG. 5, when the pixel voltage VPX1 is maintained as the reset voltage VRS1 before the time point T31, and light is supplied from the
또 다른 예로, 광감지 신호(LS)가 소정의 임계 광량치 이상의 임의의 제2 레벨(> 제1 레벨)을 지시할 경우, 리셋 전압 생성회로(40)는 리셋 전압(VRS)을 리셋 전압(VRS1) 보다 높은 리셋 전압(VRS2)으로 설정할 수 있다.As another example, when the light detection signal LS indicates an arbitrary second level (> first level) equal to or greater than a predetermined threshold amount of light, the reset
그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 시점 T31 이전에 리셋 전압(VRS2)으로 화소전압(VPX1)이 유지되고, 시점 T31 이후에 광원(70)으로부터 빛이 공급되면, 포토다이오드(PD1)에 흐르는 전류에 의해 화소전압(VPX1)이 결정될 수 있다. 스위칭 트랜지스터(T2)가 및 스위치(M1)가 시점 T31 이후에 턴 온 되고, 데이터 전압(VD1)이 기준 전압(VRE)까지 감소한 시점 T33 이후부터 센서 화소(PX1)로부터 유입된 전류가 연산 증폭기(321)의 커패시터(CA1)에 의해 적분되어, 출력 전압(VO1)이 생성될 수 있다. Then, as illustrated in FIG. 5, when the pixel voltage VPX1 is maintained as the reset voltage VRS2 before the time point T31, and light is supplied from the
도 5에 도시된 바와 같이, 센서 화소(PX1)로 공급되는 빛이 증가할수록 화소전압(VPX1)은 감소하여 바이어스 전압(VB)까지 감소할 수 있다.As illustrated in FIG. 5, as the light supplied to the sensor pixel PX1 increases, the pixel voltage VPX1 decreases and may decrease to the bias voltage VB.
도 6은 실시 예에 따라 리셋 전압을 변화에 따른 지문 및 이미지 센서의 조명도-계조값의 관계를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the relationship between the luminance and gradation values of a fingerprint and an image sensor according to a change in reset voltage according to an embodiment.
도 6에 도시된 바와 같이, 리셋 전압(VRS)을 0.5V, 1V, 1.5V, 2V, 2.5V, 3V, 및 3.3V로 가변할 때, 조명도-계조값 곡선들이 그 기울기 변화 없이 동작 영역이 시프트 되는 것을 알 수 있다. 조명도는 센서 화소에 공급되는 빛의 조명도이고, 계조값은 신호 처리 회로(33)에서 출력 전압(VO1-VO4)에 근거하여 생성한 영상 신호를의미할 수 있다.As shown in FIG. 6, when the reset voltage VRS is varied to 0.5V, 1V, 1.5V, 2V, 2.5V, 3V, and 3.3V, the illumination-gradation curves are operated without changing the slope thereof. It can be seen that this shift. The illuminance is the illuminance of the light supplied to the sensor pixel, and the gradation value may mean an image signal generated based on the output voltage VO1-VO4 in the
지문 및 이미지 센서(1)의 민감도는 조명도-계조값 곡선의 기울기에 따르는데, 도 6에서 알 수 있듯이, 민감도의 변화 없이 그 동작 영역만 시프트되는 것을 알 수 있다.The sensitivity of the fingerprint and
외부 환경의 광량이 클수록 리셋전압(VRS)의 값을 증가시키면, 지문 및 이미지 센서(1)의 동작 영역을 종래에 비해 늘릴 수 있다. When the value of the reset voltage VRS increases as the amount of light in the external environment increases, the operating area of the fingerprint and
예를 들어, 외부 환경의 조명도가 400lux이고, 외부 광량이 센서 화소(PX1)에 그대로 공급된다고 가정한다. 이 경우, 리셋 전압(VRS)이 0.5V인 경우, 지문 및 이미지 센서(1)의 동작 영역은 대략 230~250 계조값 범위이다. 리셋 전압(VRS)을 증가시킬수록, 지문 및 이미지센서(1)의 동작 영역이 증가하고, 리셋 전압(VRS)이 3.3V인 경우 동작 영역은 대략 40~250 계조값범위이다.For example, it is assumed that the illumination level of the external environment is 400 lux, and the external light amount is supplied to the sensor pixel PX1 as it is. In this case, when the reset voltage VRS is 0.5V, the operating region of the fingerprint and
이와 같이, 실시 예는 외부 광량에 따라 리셋 전압을 설정함으로써, 지문 및 이미지센서의 민감도 변화 없이 동작 영역을 확보할 수 있는 효과가 제공될 수 있다. As described above, according to the embodiment, by setting the reset voltage according to the amount of external light, an effect of securing an operating area without changing the sensitivity of the fingerprint and the image sensor may be provided.
도 7은 다른 실시 예에 따른 리셋 스캔 신호의 파형을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating a waveform of a reset scan signal according to another embodiment.
도 7에 도시된 바와 같이, 리셋 스캔 신호(SR[1])가 기간 T51-T52 동안 온 레벨인 하이 레벨이 된다. 리셋 스캔 신호(SR[1])에 대응하는 스캔 신호(S[1])는 시점 T55에 온 레벨인 하이 레벨로 상승한다. 그러면, 대응하는 센서 화소 행(예를 들어, 첫 번째 센서 화소행)의 모든 센서 화소들은 기간 PT1(T52-T55) 동안 광에 노출된다. 즉, 리셋 스캔 신호(SR[1])의 하강 에지부터 스캔 신호(S[1])의 상승 에지까지의 기간을 조절하여 노광 시간을 조절할 수 있다.As shown in Fig. 7, the reset scan signal SR [1] becomes a high level which is an on level during periods T51-T52. The scan signal S [1] corresponding to the reset scan signal SR [1] rises to a high level, which is an on level at time T55. Then, all sensor pixels of the corresponding sensor pixel row (eg, the first sensor pixel row) are exposed to light during the period PT1 (T52-T55). That is, the exposure time can be adjusted by adjusting the period from the falling edge of the reset scan signal SR [1] to the rising edge of the scan signal S [1].
이어서, 리셋 스캔 신호(SR[2])가 기간 T53-T54 동안 온 레벨인 하이 레벨이 된다. 리셋 스캔 신호(SR[2])에 대응하는 스캔 신호(S[2])는 시점 T56에 온 레벨인 하이 레벨로 상승한다. 그러면, 대응하는 센서 화소 행(예를 들어, 두 번째 센서 화소행)의 모든 센서 화소들은 기간 PT2(T54-T56) 동안의 노광 시간을 갖는다.Subsequently, the reset scan signal SR [2] becomes a high level, which is an on level during periods T53-T54. The scan signal S [2] corresponding to the reset scan signal SR [2] rises to a high level, which is an on level at time T56. Then, all sensor pixels of the corresponding sensor pixel row (for example, the second sensor pixel row) have an exposure time for the period PT2 (T54-T56).
이와 같은 방식으로 복수의 리셋 스캔 신호 및 복수의 스캔 신호들이 발생한다.In this way, a plurality of reset scan signals and a plurality of scan signals are generated.
리셋 스캔 신호(SR[1])가 온 레벨이 되어, 트랜지스터(T1)이 턴 온 되면, 노드(NP)의 전압이 리셋된다. 리셋 스캔 신호(SR[1])가 오프 레벨이 되면, 이때부터 커패시터(C1)에 신호가 축적된다. 노광 시간(T52-T55)이 지난 후, 대응하는 스캔 신호(S[1])가 온 레벨이 되면, 트랜지스터(T2)가 켜지고, 커패시터(C1)에 축적된 신호가 데이터 라인으로 전송된다. 그리고 스캔 신호가 시점T57에 오프 레벨이 되면, 커패시터(C1)에 신호가 다시 축적되기 시작하고, 리셋 스캔 신호(SR[1])가 다시 온 레벨이 되면, 노드(NP)의 전압이 리셋 되어, 이 기간(예를 들어, T57-T58)동안 축적된 신호는 버려진다. When the reset scan signal SR [1] is turned on and the transistor T1 is turned on, the voltage of the node NP is reset. When the reset scan signal SR [1] goes off-level, a signal is accumulated in the capacitor C1 from this time. After the exposure time T52-T55, when the corresponding scan signal S [1] is turned on, the transistor T2 is turned on, and the signal accumulated in the capacitor C1 is transmitted to the data line. Then, when the scan signal goes off level at time T57, the signal starts to accumulate again in the capacitor C1, and when the reset scan signal SR [1] goes back to the on level, the voltage of the node NP is reset. , Signals accumulated during this period (eg T57-T58) are discarded.
도 7에 도시된 바와 같이, 스캔 신호 및 리셋 스캔 신호의 파형이 유사하면, 리셋 스캔 신호를 생성하기 위한 게이트 구동 회로의 회로 구조가 스캔 신호를 생성하기 위한 시프트 레지스터의 회로 구조와 동일할 수 있다. 이와 같이, 스캔 신호와 리셋 스캔 신호의 위상차를 이용하여 노광 시간을 조절할 수 있다.As shown in FIG. 7, if the waveforms of the scan signal and the reset scan signal are similar, the circuit structure of the gate driving circuit for generating the reset scan signal may be the same as the circuit structure of the shift register for generating the scan signal. . In this way, the exposure time can be adjusted by using the phase difference between the scan signal and the reset scan signal.
도 8은 또 다른 실시 예에 따른 리셋 스캔 신호의 파형을 나타낸 도면이다.8 is a diagram illustrating a waveform of a reset scan signal according to another embodiment.
도 8에 도시된 바와 같이, 리셋 스캔 신호가 한 프레임 기간 중 적어도 2번 온 레벨이 된다. 8, the reset scan signal is turned on at least twice during one frame period.
예를 들어, 리셋 스캔 신호(SR[1])는 스캔 신호(S[1])가 온 레벨이 되어, 데이터 라인으로 커패시터(C1)에 축적된 신호가 전송된 후, 기간 T71, T72 동안 다시 온 레벨이 된다. 리셋 스캔 신호(SR[2])는 스캔 신호(S[2])가 온 레벨이 되어, 데이터 라인으로 커패시터(C1)에 축적된 신호가 전송된 후, 기간 T73, T74 동안 다시 온 레벨이 된다. For example, in the reset scan signal SR [1], the scan signal S [1] is turned on, and the signal accumulated in the capacitor C1 is transmitted to the data line, and then again for the periods T71 and T72. It becomes on level. In the reset scan signal SR [2], the scan signal S [2] is turned on, and after the signal accumulated in the capacitor C1 is transmitted to the data line, it is turned on again for the periods T73 and T74. .
도 8에서는 리셋 스캔 신호(SR[1], SR[2])이 2번 더 온 레벨이 되는 것으로 도시되어 있으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 데이터 라인으로 신호가 전송된 후 리셋 스캔 신호가 추가적으로 적어도 1회 더 온 레벨이 될 수 있다. 예를 들어, 데이터 라인으로 신호가 전송된 후 리셋 스캔 신호가 주기적으로 온 레벨이 될 수 있다.In FIG. 8, the reset scan signals SR [1] and SR [2] are shown to be turned on two more times, but the invention is not limited thereto, and the reset scan signal is transmitted after the signal is transmitted to the data line. Additionally, the level may be at least one more time. For example, the reset scan signal may be periodically turned on after a signal is transmitted to the data line.
게이트 구동 회로는 도 8에 도시된 리셋 스캔 신호를 생성하기 위해서, 한 프레임 기간 중 추가적으로 적어도 1회 더 온 레벨이 되거나 주기적으로 온 레벨이 되는 스타트 펄스 신호를 이용할 수 있다. In order to generate the reset scan signal shown in FIG. 8, the gate driving circuit may use a start pulse signal that is turned on at least once more during one frame period or periodically turned on.
도 7에 도시된 다른 실시 예에서, 스캔 신호가 오프 레벨이 된 시점부터 다음 리셋 스캔 신호라 온 레벨이 되는 시점까지의 기간(T57-T58) 동안, 커패시터(C1)에 실제로 읽히지 않는 신호들이 축적된다. 트랜지스터(T2)를 통해 누설 전류가 발생하게 되면, 데이터 라인에 영향을 주어 데이터 라인을 통해 읽히는 신호에 영향을 끼칠 수 있다. In another embodiment illustrated in FIG. 7, signals that are not actually read are accumulated in the capacitor C1 during a period (T57-T58) from a time when the scan signal is turned off level to a time when the next reset scan signal is turned on. do. When a leakage current is generated through the transistor T2, the data line may be affected, thereby affecting a signal read through the data line.
특히, 인식 대상의 광량이 강해서 노광 시간을 감소시킬수록, 기간(T57-T58)이 길어져 커패시터(C1)에 축적된 신호가 강해지고, 트랜지스터(T2)를 통한 누설 전류가 발생할 가능성이 증가한다. 그러면, 데이터 라인을 공유하는 센서 화소들 간에 간섭이 발생할 수 있다.In particular, as the amount of light to be recognized decreases and the exposure time decreases, the periods T57-T58 become longer, and the signal accumulated in the capacitor C1 becomes stronger, and the possibility of leakage current through the transistor T2 increases. Then, interference may occur between sensor pixels sharing the data line.
도 8에 도시된 또 다른 실시 예에서는, 리셋 스캔 신호들이 추가적으로 온 레벨이 되어 커패시터(C1)에 축적된 신호를 리셋시켜, 위와 같은 문제를 방지할 수 있다. 다만, 리셋 스캔 신호를 주기적으로 온 레벨로 할 경우, 리셋 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인 간에 커플링이 발생하여 데이터 라인을 통해 전송되는 신호에 영향을 줄 수 있다. In another embodiment illustrated in FIG. 8, the reset scan signals are additionally turned on to reset the signal accumulated in the capacitor C1, thereby preventing the above problem. However, when the reset scan signal is periodically turned on, coupling occurs between the reset gate line and the crossing data line, which may affect a signal transmitted through the data line.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 리셋 스캔 신호의 파형을 나타낸 도면이다.9 is a view showing a waveform of a reset scan signal according to another embodiment.
도 9에 도시된 바와 같이, 리셋 스캔 신호가 한 프레임 기간 중 소정 구간에서만 오프 레벨이 된다. As shown in FIG. 9, the reset scan signal is turned off only in a predetermined section during one frame period.
예를 들어, 시점 T91에 온 레벨의 리셋 스캔 신호(SR[1])가 오프 레벨인 로우 레벨로 하강한다. 시점 T95에 스캔 신호(S[1])가 온 레벨이 되고, 첫 번째 센서 화소 행의 노광 시간은T91-T95으로 제어된다. 이어서, 시점 T93에 온 레벨의 리셋 스캔 신호(SR[2])가 오프 레벨인 로우 레벨로 하강한다. 시점 T96에 스캔 신호(S[1])가 온 레벨이 되고, 첫 번째 센서 화소 행의 노광 시간은 T93-T96으로 제어된다.For example, at the time point T91, the reset scan signal SR [1] of the on level falls to the low level which is the off level. At time T95, the scan signal S [1] is turned on, and the exposure time of the first sensor pixel row is controlled by T91-T95. Subsequently, at time T93, the reset scan signal SR [2] of the on level falls to the low level which is the off level. At time T96, the scan signal S [1] is turned on, and the exposure time of the first sensor pixel row is controlled by T93-T96.
위 방식에 따르면, 읽히지 않을 신호를 센서 화소가 오랫동안 갖고 있지 않게 되어, 트랜지스터(T2)를 통한 누설전류가 급격히 감소하게 된다. 또한, 데이터 라인과 리셋 게이트 라인 간의 커플링에 의한 영향을 차단할 수 있다. According to the above method, the sensor pixel does not have a signal that will not be read for a long time, and the leakage current through the transistor T2 is rapidly reduced. In addition, the influence of coupling between the data line and the reset gate line can be prevented.
1: 센서
10: 센서패널
20: 게이트 구동 회로
30: 센싱 판독 회로
40: 리셋전압 생성회로
50: 광감지 회로
60: 바이어스 전압 생성회로
70: 광원1: sensor
10: sensor panel
20: gate driving circuit
30: sensing readout circuit
40: reset voltage generation circuit
50: photosensitive circuit
60: bias voltage generation circuit
70: light source
Claims (15)
복수의 스캔 신호가 전달되는 복수의 스캔 라인,
복수의 리셋 스캔 신호가 전달되는 복수의 리셋 스캔 라인, 및
대응하는 리셋 스캔 신호에 동기되어 전달되는 리셋전압에 의해 리셋되고, 노광 기간 동안 공급되는 빛에 따라 화소전압을 생성하며, 대응하는 스캔 신호에 동기되어 대응하는 데이터 라인으로 상기 화소전압을 전달하는 센서 화소를 복수 개 포함하는 센서패널을 포함하고,
상기 노광 기간은 상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간인, 지문 및 이미지센서.Multiple data lines,
A plurality of scan lines through which a plurality of scan signals are transmitted,
A plurality of reset scan lines to which a plurality of reset scan signals are transmitted, and
A sensor that is reset by a reset voltage transmitted in synchronization with a corresponding reset scan signal, generates a pixel voltage according to light supplied during an exposure period, and transmits the pixel voltage to a corresponding data line in synchronization with a corresponding scan signal A sensor panel including a plurality of pixels,
The exposure period is a period from a time when the corresponding reset scan signal is changed to an off level to a time when the corresponding scan signal is changed to an on level, a fingerprint and an image sensor.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 상기 대응하는 스캔 신호와 동일한 파형으로 소정의 위상차를 가지는, 지문 및 이미지 센서.According to claim 1,
The corresponding reset scan signal has a predetermined phase difference in the same waveform as the corresponding scan signal, fingerprint and image sensor.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 한 프레임의 기간 중 적어도 2회 온 레벨을 가지고,
상기 노광 기간은,
상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 상기 적어도 2회 중 하나의 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간인, 지문 및 이미지센서.According to claim 1,
The corresponding reset scan signal has an on level at least twice during a period of one frame,
The exposure period,
Fingerprint and image sensor, which is a period from the time when the corresponding reset scan signal is changed from one on level to the off level of at least two times, and when the corresponding scan signal is changed to on level.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는, 상기 한 프레임 기간 동안, 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경된 시점 이후에 주기적으로 온 레벨을 가지는, 지문 및 이미지 센서.According to claim 3,
The corresponding reset scan signal periodically has an on level after a point in time during which the corresponding scan signal is changed from an on level to an off level during the one frame period.
상기 대응하는 리셋 스캔 신호는 한 프레임 기간 중 소정 기간 동안 오프 레벨이고,
상기 노광 기간은,
상기 대응하는 리셋 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 대응하는 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간인, 지문 및 이미지 센서.According to claim 1,
The corresponding reset scan signal is off level for a predetermined period of one frame period,
The exposure period,
Fingerprint and image sensor, which is a period from a time when the corresponding reset scan signal is changed from an on level to an off level to a time when the corresponding scan signal is changed to an on level.
제1 접점과 바이어스 전압 사이에 연결되어 있는 포토다이오드,
상기 포토다이오드에 병렬 연결되어 있는 용량 커패시터,
리셋 전압을 리셋 스캔 신호에 따라 제1 접점에 공급하는 리셋 트랜지스터, 및
스캔 신호에 따라 데이터 라인에 상기 제1 접점의 전압인 화소전압을 전달하는 스위칭 트랜지스터를 포함하고,
상기 리셋 스캔 신호가 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 노광 기간 동안 상기 용량 커패시터에 신호가 축적되는, 센서 화소.In the sensor pixel to generate a pixel voltage according to the supplied light,
A photodiode connected between the first contact and the bias voltage,
Capacitance capacitor connected in parallel to the photodiode,
A reset transistor supplying a reset voltage to the first contact according to the reset scan signal, and
And a switching transistor that delivers the pixel voltage, which is the voltage of the first contact, to the data line according to the scan signal,
The sensor pixel accumulates a signal in the capacitor during an exposure period from a time when the reset scan signal is changed to an off level to a time when the scan signal is changed to an on level.
상기 리셋 스캔 신호는 상기 스캔 신호와 동일한 파형으로 소정의 위상차를 가지는, 센서 화소.The method of claim 6,
The reset scan signal has the same waveform as the scan signal, and has a predetermined phase difference.
상기 리셋 스캔 신호는 한 프레임의 기간 중 적어도 2회 온 레벨을 가지고,
상기 노광 기간은,
상기 리셋 스캔 신호가 상기 적어도 2회 중 하나의 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간인, 센서 화소The method of claim 6,
The reset scan signal has an on level at least twice during one frame period,
The exposure period,
A sensor pixel, which is a period from a time when the reset scan signal is changed from one on level to an off level of the at least two times, and a time when the scan signal is changed to an on level.
상기 리셋 스캔 신호는, 상기 한 프레임 기간 동안, 상기 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경된 시점 이후에 주기적으로 온 레벨을 가지는, 센서 화소.The method of claim 8,
The reset scan signal has a sensor level periodically after a point in time during which the scan signal is changed from an on level to an off level during the one frame period.
상기 리셋 스캔 신호는 한 프레임 기간 중 소정 기간 동안 오프 레벨이고,
상기 노광 기간은,
상기 리셋 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간인, 센서 화소.The method of claim 6,
The reset scan signal is off level for a predetermined period of one frame period,
The exposure period,
A sensor pixel, which is a period from a time when the reset scan signal changes from an on level to an off level to a time when the scan signal changes to an on level.
상기 복수의 센서 화소 각각에 복수의 리셋 스캔 신호를 전달하는 단계,
상기 복수의 센서 화소 각각에 복수의 스캔 신호를 전달하는 단계,
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각이 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 복수의 스캔 신호 각각이 온 레벨로 변경되는 시점까지의 노광 기간 동안, 상기 복수의 센서 화소가 공급되는 빛에 따라 복수의 화소전압을 생성하는 단계, 및
상기 복수의 스캔 신호 각각의 온 레벨에 동기되어 상기 복수의 화소전압을 복수의 데이터 라인으로 전달하는 단계를 포함하는, 지문 및 이미지 센서의 구동 방법.In the driving method of the fingerprint and image sensor comprising a plurality of sensor pixels,
Transmitting a plurality of reset scan signals to each of the plurality of sensor pixels,
Transmitting a plurality of scan signals to each of the plurality of sensor pixels,
During an exposure period from a time when each of the plurality of reset scan signals is changed to an off level to a time when each of the plurality of scan signals is changed to an on level, a plurality of pixel voltages are applied according to light supplied from the plurality of sensor pixels. Generating steps, and
And transmitting the plurality of pixel voltages to a plurality of data lines in synchronization with on-levels of the plurality of scan signals, respectively.
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은,
상기 복수의 스캔 신호 중 대응하는 스캔 신호와 동일한 파형으로 소정의 위상차를 가지는, 지문 및 이미지 센서의 구동 방법.The method of claim 11,
Each of the plurality of reset scan signals,
A method of driving a fingerprint and an image sensor having a predetermined phase difference in the same waveform as a corresponding scan signal among the plurality of scan signals.
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은,
한 프레임의 기간 중 적어도 2회 온 레벨을 가지고,
상기 노광 기간은,
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각이 상기 적어도 2회 중 하나의 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간인, 지문 및 이미지 센서의 구동 방법.The method of claim 11,
Each of the plurality of reset scan signals,
Have a level that came at least twice in one frame period,
The exposure period,
A method of driving a fingerprint and an image sensor, which is a period from a time when each of the plurality of reset scan signals is changed from one on level to an off level of at least two times, and a time when the scan signal is changed to an on level.
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은, 상기 한 프레임 기간 동안, 상기 복수의 스캔 신호 중 대응하는 스캔 신호가 온 레벨에서 오프 레벨로 변경된 시점 이후에 주기적으로 온 레벨을 가지는, 지문 및 이미지 센서의 구동 방법.The method of claim 13,
Each of the plurality of reset scan signals, during the one frame period, periodically has an on level after a point in time when a corresponding scan signal among the plurality of scan signals is changed from an on level to an off level. .
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각은 한 프레임 기간 중 소정 기간 동안 오프 레벨이고,
상기 노광 기간은,
상기 복수의 리셋 스캔 신호 각각이 온 레벨에서 오프 레벨로 변경되는 시점부터 상기 스캔 신호가 온 레벨로 변경되는 시점까지의 기간인, 지문 및 이미지 센서의 구동 방법.The method of claim 11,
Each of the plurality of reset scan signals is off level for a predetermined period of one frame period,
The exposure period,
A method of driving a fingerprint and an image sensor, which is a period from a time when each of the plurality of reset scan signals changes from an on level to an off level to a time when the scan signal changes to an on level.
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E90F | Notification of reason for final refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |